喷灌均匀性系数与分布均匀系数关系研究及试验验证

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０１９９－０５＊喷灌均匀性系数与分布均匀系数关系研究及试验验证蒋建园，朱兴业，刘俊萍，刘兴发（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘要：为了深入了解喷灌均匀性系数（ＣＵ）和分布均匀系数的关系，开展详细的理论推导，并通过喷头均匀性试验进行验证。根据部分测点水深的提取方法不同，分布均匀系数包括１／４低值分布均匀系数（ＤＵｌｑ）、１／４高值分布均匀系数（ＤＵｈｑ）、１／２低值分布均匀系数（ＤＵｌｈ）和１／２高值分布均

2、匀系数（ＤＵｈｈ）。结果表明，ＤＵｈｑ和ＤＵｈｈ始终大于等于ＣＵ，ＤＵｌｈ和ＤＵｌｑ与ＣＵ的关系与具体试验数据相关。喷灌应用中，需要根据具体情况选择不同的系数作为评价喷灌质量指标。关键词：喷灌；试验；均匀性系数；分布均匀系数中图分类号：Ｓ２７５．５文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０４３蒋建园，朱兴业，刘俊萍，等．喷灌均匀性系数与分布均匀系数关系研究及试验验证［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：１９９－２０３．喷灌均匀性系数和分布均匀系数是控制喷灌质量的重要指标。其中，均匀性系数最常用的是克里斯琴［１］森均匀系数；根据部

3、分测点水深数据提取方法的不同，分布均匀系数可以分为１／４低值分布均匀系数、１／４高值分布均匀系数、１／２低值分布均匀系数和１／２高值分布均匀系数。研究表明，当均匀系数大于７０％时，［２］［３］喷灌分布系数服从正态分布；风速小于１ｍ／ｓ时，风速对均匀性的影响可以忽略。已有研究主要关于喷［４－１３］［１４－１５］灌均匀性系数的计算与评估、均匀性系数与１／４低值分布均匀系数之间的关系、结构参数对组合喷［１６］洒均匀性的影响。但均匀性系数与１／４低值分布均匀系数、１／４高值分布均匀系数、１／２低值分布均匀系数以及１／２高值分布均匀系数之间的相互关系以及他们之间的对比研究鲜见。为此，借鉴文献［

4、３］中的假设及推导方法，通过理论分析和试验验证，系统地比较均匀性系数与各种分布均匀系数的关系，为喷灌均匀性的评价提供参考。１喷灌均匀性指标１．１均匀性系数［１］喷灌均匀性系数计算公式为：ΔｈＣＵ＝（１－珔）（１）ｈ式中：ＣＵ为喷灌均匀性系数（％）；Δｈ为喷水深度的平均离差（ｍｍ）；ｈ珔为喷水深度的平均值（ｍｍ）。计算后每个网格点代表的面积相等，则有：ｎｎｈ珔＝１ｈ１ｉ，Δｈ＝｜ｈｉ－ｈ珔｜（２）ｎｉ＝１ｎｉ＝１式中：ｎ为总测点个数；ｈｉ为第ｉ个降水深值（ｍｍ）。＊收稿日期：２０１４－０３－１４基金项目：国家自然科学基金项目（５１１０９０９８，５１３０９１１７）；国家高技术研究发展

5、计划（８６３）项目（２０１１ＡＡ１００５０６）；江苏大学青年骨干教师培养工程资助项目；江苏省高校自然科学研究项目（１３ＫＪＢ２１０００３）；中国博士后科学基金项目（２０１３Ｍ５３０２３９）；江苏省博士后基金项目（１３０１１４４Ｃ）；江苏大学高级专业人才科研启动基金项目（１３ＪＤＧ０２８）。作者简介：蒋建园（１９９０－），男，硕士研究生，主要从事流体机械及排灌机械研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｉｑｓｔｇ＠１６３．ｃｏｍ１９９１．２１／４低值分布均匀系数［１７］Ｃｒｉｄｄｌｅ等首先提出了分布均匀系数的概念，并将其定义为１／４低值的测点水深平均值与所有测点水深平均值的比值，其计算公式为：ｎｌｑｎ

6、ＤＵｌｑ＝４ｈｌｑ／ｈｉ（３）ｉｉ＝１ｉ＝１式中：ＤＵｌｑ为１／４低值分布均匀系数（％）；ｎｌｑ为大小排列的ｎ／４个降水深低值的个数，即ｎｌｑ＝ｎ／４；ｈｌｑ为第ｉｉ个大小排列的ｎ／４个降水深低值（ｍｍ）；ｈｉ为第ｉ个降水深值（ｍｍ）。１．３１／４高值分布均匀系数为强调降水深较高的那部分水量，避免发生局部过量灌溉，Ｂｅａｌｅ提出１／４高值分布均匀系数的概［１８］念，定义为１／４高值的测点水深平均值与所有测点水深平均值的比值，用ＤＵｈｑ表示，其计算公式如下：ｎｈｑｎＤＵｈｑ＝４ｈｈｑ／ｈｉ（４）ｉｉ＝１ｉ＝１式中：ＤＵｈｑ为１／４高值分布均匀系数（％）；ｎｈｑ为大小排列的ｎ／４

7、个降水深高值的个数，即ｎｈｑ＝ｎ／４；ｈｈｑ为第ｉｉ个大小排列的ｎ／４个降水深高值（ｍｍ）。１．４１／２低值分布均匀系数［１９］灌溉系统水量分布较为均匀，但由于系统管理不当而使过量灌溉现象经常发生，ＤＵｌｑ不能有效地表示喷灌均匀性。为此，美国灌溉协会提出采用１／２低值分布均匀系数来代替ＤＵｌｑ，其计算公式为：ｎｌｈｎＤＵｌｈ＝２ｈｌｈ／ｈｉ（５）ｉｉ＝１ｉ＝１式中：ＤＵｌｈ为１／２低值分布均匀系数（％）；ｎｌｈ为大小排列的ｎ／２个降水深低值的个数，即ｎ